Strömmarna av het plasma i solen skapar ett karakteristiskt mönster på dess yta:granuleringen. Ljusa och mörkare områden inom detta mönster förändras snabbt. Granuleringen är huvudsakligen ansvarig för solens ljusstyrkavariationer som uppstår inom mindre än fem timmar. Denna bild av granuleringen togs 2009 av instrumentet IMaX ombord på det ballongburna solobservatoriet Sunrise. Kredit:MPS
Solen skiner från himlen, till synes lugn och oändlig. Faktiskt, det lyser inte alltid med enhetlig ljusstyrka, men visar dimningar och ljusningar. Två fenomen är ensamma ansvariga för dessa fluktuationer:magnetfält på den synliga ytan och gigantiska plasmaströmmar, bubblar upp från stjärnans inre. Ett team som leds av Max Planck Institute for Solar System Research i Göttingen rapporterar detta resultat i dagens nummer av Natur Astronomi . För första gången, forskarna har lyckats rekonstruera fluktuationer i ljusstyrka på alla tidsskalor som observerats hittills - från minuter upp till decennier. Dessa nya insikter är inte bara viktiga för klimatforskning, men kan också appliceras på avlägsna stjärnor. Och de kan förenkla det framtida sökandet efter exoplaneter.
När en exoplanet passerar framför sin moderstjärna, stjärnan mörknar kort. Även på ett avstånd av många ljusår, rymdteleskop registrerar dessa förändringar - och detekterar därmed exoplaneterna. I teorin. I praktiken, det är mer komplicerat, eftersom ljusstyrkan hos många stjärnor fluktuerar, liknar Solens.
Dessa fluktuationer kan överlappa signalerna från förbipasserande exoplaneter. "Dock, om vi är medvetna om detaljerna i stjärnans inneboende ljusstyrka fluktuationer, exoplaneter kan detekteras med stor precision, "säger Alexander Shapiro från Max Planck Institute for Solar System Research.
Shapiro och hans kollegor har tagit ett första steg i denna riktning med sitt nuvarande papper - med en detaljerad titt på en speciell stjärna:vår sol. Sedan början av rymdåldern har många rymdfarkoster har levererat detaljerad information som samlats in utan påverkan av störningarna som orsakas av jordens atmosfär.
Dessa data utmanar allvarligt någon modell som beskriver fluktuationer i stjärnens ljusstyrka:kan de uppmätta fluktuationerna rekonstrueras med hjälp av en modell? Och är det möjligt att koppla fluktuationerna till stjärnans fysiska egenskaper?
Solens magnetfält är ansvariga för vår stjärnas långsiktiga ljusstyrkavariationer. Vid dess yta, de blir märkbara i form av mörka områden, så kallade solfläckar. Upphovsman:NASA/SDO
En särskild svårighet:ljusets ljusstyrka varierar på mycket olika tidsskalor. Vissa fluktuationer har cykler på bara några minuter; andra, som påverkar jordens långsiktiga klimat, kan bara spelas in av forskare under decennier. En enhetlig teori som omfattar alla dessa tidsskalor har hittills saknats.
Den nya studiens tour de force ligger exakt i denna punkt. Det bevisar att endast två fenomen avgör hur ljus vår stjärna lyser. Å ena sidan är de heta plasmaströmmarna som stiger från solens inre, svalnar och sjunker igen i djupet. Den heta, stigande material är ljusare än plasma som redan har svalnat på ytan.
På det här sättet, strömmarna genererar en egenskap, snabbt förändrade mönster av ljusa och mörka områden, känd som granulering. Typiska strukturer inom denna granulering är flera hundra kilometer stora. "Granulering orsakar främst snabba ljusstyrka fluktuationer, med tidsskalor på mindre än fem timmar, säger Max Planck-forskaren och medförfattaren Natalie Krivova.
Å andra sidan, solens variabla magnetfält spelar en avgörande roll. Under perioder med hög aktivitet, de kan kännas igen på vår stjärnas synliga yta genom mörka områden (solfläckar) och särskilt ljusa områden (faculae). Jämfört med granulering, båda strukturerna är mycket stora; vissa solfläckar kan till och med skönjas med blotta ögat från jorden. Dessutom, variationer i antal och form är betydligt långsammare. Förändringar i solens magnetfält leder därför till ljusstyrka fluktuationer över tidsskalor på mer än fem timmar.
För deras analyser, forskarna använde data från instrument på rymdproberna SOHO (Solar and Heliospheric Observatory) och SDO (Solar Dynamics Observatory), som har registrerat ljusmönstren och magnetfälten på solens yta i flera år. Med hjälp av dessa poster, varav några täcker en 19-års period av solutveckling, de kunde analysera ljusstyrka fluktuationer och i sin tur jämföra dem med uppmätta data som erhållits från PICARD och SOHO (erhållet med ett annat instrument än registrerat magnetfältet).
Alla tidigare uppmätta ljusstyrka fluktuationer - både snabb och mycket lång sikt - kan återges på detta sätt. "Resultaten av vår studie visar oss att vi har identifierat de styrande parametrarna i vår modell, "avslutar Sami K. Solanki, Direktör vid Max Planck Institute for Solar System Research och andra författare till studien. "Detta kommer nu att tillåta oss, till sist, för att modellera ljusstyrka fluktuationer av andra stjärnor. "
